CIMT2021部分立式五轴加工中心产品评述

　　【机床商务网栏目 产品评测】通过参观第十七届中国国际机床展览会(CIMT2021)，笔者注意到展品呈现出以下几个主要特点：智能、高效、五轴、自动化、服务重点行业。境内外知名企业均对立式五轴加工中心产品表现出足够重视，境外立式五轴产品整体技术较为领先，侧重智能化、高效高精、复合加工等技术，部分重点展商有德马吉森精机、山崎马扎克、大隈、斗山等，展品主要面向航空航天、医疗、汽车、模具等领域。近些年，境内五轴机床发展迅速，尤其是五轴立式加工中心，北京精雕、大连科德、通用技术集团、深圳埃弗米等企业均有产品参展，且五轴立加相关功能部件日趋成熟，展品众多。
 

　　一、部分境外展商展品简介
 

　　1．山崎马扎克（MAZAK）
 

　　马扎克展出两台立式五轴加工中心，分别为VARIAXIS i-700及INTEGREX I-630VAG。
 

　　VARIaxisi-700采用摇篮式双摆转台，丝杠中空冷却，转台直径为φ700mm，三轴行程为630/1100/600mm，A轴转动范围为-120°到+30°，配置车削功能，工序进一步集中；采用了适合中、小型工件高速多面加工的最佳工作台倾斜构造；采用马扎克控制系统。
 

　　INTEGREXi-630V AG采用B轴摆头C轴转台结构，不仅有传统车铣复合加工设备所具备的车削加工、铣削加工、5轴加工功能，还具有齿轮加工功能。工作台尺寸为φ1050mm，三轴行程为1425/1050/1050mm，三轴快移速度达到52m/min，采用马扎克控制系统。
 

 

　　2．德马吉森精机（DMG MORI）
 

　　德马吉森精机参展的立式五轴加工中心产品为DMU 75 monoBLOCK。该产品工作台尺寸为φ650mm，最大承重600kg,主轴最高转速为20000r/min,三轴行程为750/650/560mm，三轴快移速度为40m/min。在结构上采取三点支撑，确保用户可快速、方便安装。配备高性能冷却系统及多传感器补偿功能。采用monoBLOCK一体式高稳定性机床结构，配45mm滚柱导轨。所有轴配大型滚珠丝杠φ40/φ50/φ40mm，确保更高稳定性。搭载自主研发的CELOS数控系统。
 

 

　　3．哈默（HERMLE）
 

　　哈默展出两台立式五轴加工中心C22和C650。其中C22相对规格较小，工作台为φ450mm×370mm，水平最大承重为300kg，三轴行程为450/600/330mm，主轴最大转速达42000r/min，三轴快移速度为50m/min，转动轴最大速度为25r/min(A轴)、40r/min(C轴)。该机具有主轴防碰撞保护，可吸收Z向碰撞时产生的冲撞能量，防止受损。工作台驱动方式有两种选项，A轴单驱及双驱，C轴蜗轮蜗杆传动或力矩电机驱动。主轴也可选配分体式或整体式主轴。标准刀库集成在机架底座内，节省空间，可容纳65把刀。可配置西门子或海德汉数控系统。
 

 

　　C650立式五轴加工中心工作台尺寸为φ900mm×600mm，最大承重1500kg，三轴行程为1050/900/600mm，主轴最大转速为18000r/min，三轴快移速度为35m/min，转动轴最大速度为25r/min。工作台直接安装在机架上(A轴不容易扭曲变形)，标准刀库集成在机架底座内，可容纳42把刀具。配置海德汉数控系统。
 

　　4．大隈（Okuma）
 

　　日本大隈参展的五轴立式加工中心为mu-400VII，采用AC轴转台结构，工作台尺寸为φ600mm，最大承重为300kg，三轴行程为762/460/460mm，主轴最大转速可达35000r/min，三轴快移速度为40m/min，转动轴最大速度为40r/min(A轴)、50r/min(C轴)，最大切削进给速度可达32m/min。旋转轴的定位精度为±4″，重复定位精度为±1″。具有可实现高速、稳定定位的Hi-G控制功能，并具有热亲和、防撞击等智能化功能。搭载OSP-P300MA自主数控系统。
 

 

　　5．斗山（Doosan）
 

　　斗山机床展出的DVF5000，是一款主要用于复杂零部件加工的紧凑型五轴产品，适用于机械零部件、模具腔体、医疗骨板、叶轮加工等行业。
 

 

　　该机工作台尺寸为φ500mm，最大承重为400kg，三轴行程为625/450/400mm，主轴最大转速为18000r/min，三轴快移速度为40m/min，转动轴最大速度为20r/min。联动精度为3.8μm(进给速度4m/min)。产品采取直驱主轴及电机，配置全脂润滑系统，并搭配紧凑型自动化系统(AWC)，具备主轴和结构热补偿，同时标配主轴内冷(可选滚珠丝杠冷却系统)。
 

　　6．哈斯（Haas）
 

　　UMC-500为集成双耳轴工作台，φ400mm直径旋转台面，采用标准T型槽和精密导向孔定位，具备较高的通用性。B轴行程+120°至 -35°，可加工中小型的五轴复杂零件。
 

 

　　7．现代威亚（Hyundai Wia）
 

　　韩国现代威亚展出两台立式五轴加工中心，其中XF6300 摇篮式五轴加工中心是其重点推介产品。采用立柱/床身整体式结构，相比传统立柱分离型结构提高了结构稳定性、刚性及震动吸收能力。X/Z轴采用箱中箱结构，主轴头内置于X轴鞍座，可实现热对称结构，将热变形降到最低。A/C轴采取直驱电机结构(可选齿轮传动转台)，满足客户多样化的需求。换刀时间切屑到切屑4.5s。选用西门子840D SL系统。产品适用于汽车涡轮增压器叶轮、高精密模具、航空航天耐热材料加工、精密医疗器械(骨关节)生产。
 

 

　　二、部分境内展商展品简介
 

　　1．通用技术集团
 

　　通用技术集团此次共展出两台立式五轴加工中心产品，分别是μ1000/5ST-500V及VDU650。
 

　　μ1000/5ST-500V适用于钛合金、高温合金等特殊材料的复杂零件加工，采取BC轴转台结构，工作台直径φ500mm,最大承重为300kg,三轴行程为500/450/450mm,一次装夹可完成镗孔、钻孔、铰孔、攻丝和粗、精铣加工等，具有高效率、高精度、高可靠性特点。单机可用于多品种小批量零件生产，也可以根据用户需要联入生产线完成批量生产。
 

 

　　VDU650是基于模块化、标准化、系列化而自主研发的最新产品。其核心功能部件，包括主轴、转台、刀库等均自主生产，机床采用改进型墙式三坐标结构，配合双轴复合转台，实现五轴联动加工。机床运用有限元分析手段，结合重心驱动、轻量化设计理念，通过紧凑的空间结构设计，既增强了机床的刚性，又提高了机床的动态性能。X、Y、Z三个直线坐标轴最高快移速度可达60m/min。转台有机械传动、力矩电机直驱两种选项，主轴可配直联主轴或电主轴。机床具有响应快速、加工高效、排屑流畅、性价比高的特点，适用于复杂空间曲面加工、空间角度定位加工，尤其适合叶轮、叶片等零件的制造。
 

　　2．北京精雕科技集团有限公司
 

　　北京精雕此次共展出7款立式五轴加工中心，配置了精雕自主数控系统，可稳定实现“0.1μm进给、1μm切削、nm级表面效果”的精细加工。
 

 

　　五轴高速机JDGR400T为AC轴摆台结构，工作台尺寸φ400mm，最大承重150kg，采用全闭环控制技术，适用于精密模具、精密零件及复杂五金件的五轴加工。经典的定梁龙门结构，结合L型结构的三导轨横梁、短悬伸的机头设计，使机床的几何精度更加稳定。采用Φ150mm高速同步电主轴，切削能力强，具有铣、磨、钻、镗、攻等复合加工能力。
 

　　五轴高速机JDMR600是此次展会新推出产品，工作台尺寸φ630mm，最大承重400kg，采用全闭环控制技术，适用于精密模具、精密零件及复杂五金件的五轴加工，直线轴定位精度为3μm，重复定位精度为2μm，旋转轴定位精度为8″，重复定位精度5″。机床为动梁龙门式结构，配摇篮式双轴转台，A轴采用双驱技术。采用软件模拟加工过程，优化工艺要素，提升了工艺过程的安全性。可“在机测量和智能修正”工件位置和尺寸偏差，提升了加工尺寸的准确度。
 

　　3．大连科德数控股份有限公司
 

　　大连科德展出两款立式五轴加工中心产品，其中较大规格的为KMC800SUMT五轴立式车铣复合加工中心，工作台直径φ750mm，最大承重1400kg，结构采用改良的龙门框架设计，数控回转摆动工作台实现双壁支撑，Y轴采用四导轨支撑和位于中心的主驱动，A轴摆动角度为-130°～+130°。环形刀库与机床床身融为一体，结构简单、节省空间。
 

 

　　另一款DerThrone VMC50S U五轴立式加工中心，机床底座和立柱均采用矿物铸石材料，具备很好的吸振性，适合高速高精加工设备需求。刀库采用端面座式安装，一方面可以配置更大的刀库，另一方面降低了刀库偏载对立柱精度的影响。该产品适用于形状复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的具有适当批量的零件，适于加工叶轮叶盘等复杂曲面零件、异形件、盘、套、板类零件。
 

　　4．北京超同步科技股份有限公司
 

　　北京超同步科技股份有限公司展出两台立式五轴加工中心产品，分别为V5-320B和V5-630B。
 

 

　　V5-630B工作台直径φ630mm，最大承重500kg，采用稳定的C型结构，标配高速电主轴、直驱数控转台和伺服刀库，可实现复杂零件的高速、高精度加工，主轴最高转速为18000r/min，三轴快移速度为36m/min，广泛应用于新能源汽车电机、变速箱、发动机、模具、机器人、医疗器械等产品的制造。产品的一大亮点是配备自主研制BT40/HSKA63电主轴，可实现高精度、高功率密度和高动态响应，大幅提高加工效率和加工精度，降低机床噪音和振动。采用液压同步换刀技术，实现伺服刀库和伺服液压站协同控制，最快换刀时间可达1.2s。自主研制的BC双轴直驱数控转台，内置大扭矩力矩电机，确保高精度和高动态响应。
 

　　5．东莞埃弗米数控设备科技有限公司
 

　　东莞埃弗米展出的产品为GMU800EVO，这款五轴联动加工中心工作台尺寸为φ800mm，最大承重为800kg，主轴最高转速为20000r/min，采用高刚性、稳定性及高效抑震一体式底座，拥有出色的动态性能及超高精度(Y轴4条45mm高刚性滚动导轨)。此外其上还搭载GTRT齿轮驱动的摇篮转台(A轴扭矩4142Nm，C轴扭矩1950Nm)，采用内藏式主轴结构，主轴双水套冷却，水冷式主轴驱动电机，并可选配丝杠中空冷却。
 

 

　　6．友嘉集团
 

　　友嘉集团此次展出MU-450、BC-700T两台立式五轴加工中心。
 

 

　　MU-450工作台直径φ450mm，最大承重200kg，三轴行程400/350/350mm，主轴最高转速为15000r/min，进给轴快移速度为48m/min，机床铸件采取坚固耐用的高级米汉纳铸铁，直联主轴配主轴冷却系统，工作台采取单边驱动双边支撑，BC轴可以选配直驱电机，三轴配置自动润滑装置，同时具备加工前准备、加工应用设定等14种智能化制造功能。
 

　　三、技术发展趋势
 

　　从本届展会的展品来看，可粗略归纳出当前制造技术的发展趋势是：提高自动化水平、广泛应用数字化技术、采用网络化管理、向智能化迈进。各企业都在寻求自动化与复合集成，助推制造效率提升。同时更加关注细分市场，提升服务能力，为用户提供个性化系统解决方案。
 

　　具有到立式五轴加工中心产品的发展趋势，主要有以下几点：
 

　　1．大体结构趋同，功能特色突出
 

　　在CIMT2021，展出的立式五轴加工中心具有完全颠覆性创新的新品相对较少。从实现五轴联动的形式上来划分，主要为AC轴转台、BC轴转台、B轴摆头C轴转台、AB轴摆头四种，其中以双轴转台结构占绝对优势，主要是考虑立式五轴加工中心的应用领域更多为中小规格零件，BC转台结构多采取单驱，可节约一定成本。
 

　　在结构趋同的大背景之下，产品在外观、功能、精度等方面都在不断改进，尤其在主轴、转台及进给轴结构细节上有所提升，多采用直驱电机、内藏式主轴等。
 

　　德国哈默C650采取双驱动A轴，可获得高精度，避免扭曲变形，同时具有主轴防碰撞保护等功能，并将标准刀库集成在机床床身之中，节省空间。韩国斗山的DVF 5000配备主轴和结构热补偿功能、全脂润滑系统、主轴及丝杠冷却功能。日本大隈的mu-400VII转台采用准双曲面齿轮结构，并一如既往地发挥其热亲和、防撞击、加工导航等智能化功能优势。美国哈挺V320配置BIG-PLUS双接触式主轴，具有丝杠冷却等功能，并使用重型导轨系统及超大规格丝杠。韩国现代威亚选用DDM直驱倾斜翻转工作台，同时具有多层环形刀库换刀系统，实现4.5s(60Hz)的换刀时间(切屑对切屑)。
 

　　台湾崴立机电独创五轴旋转台齿隙消除机构、强力刹车机构，并配有瑞士TDM内藏式主轴。台湾友嘉MU-450采用直联主轴，配主轴冷却系统，BC轴选配直驱电机，配置包括加工前准备、加工应用设定、维修保养等14项智能化功能。通用技术集团的VDU650采取重心驱动、轻量化设计，配置主轴头冷却系统等。精雕产品配置驱动系统冷却技术、软件模拟加工过程、机内喷淋系统等。国盛集团的MX650立式五轴加工中心采取正向悬臂，纵向摇篮布局，使直线轴脱离加工区域，动态性能好，操作方便，工作台配套尾座单元，满负荷下仍保持高精度。东莞埃弗米的GMU-800EVO产品采取GTRT齿轮驱动转台技术，具有双段消隙技术专利，内藏式主轴结构，主轴双水套冷却，水冷式主轴驱动电机并可选配丝杠中空冷却。
 

　　整体上对比来看，国产五轴加工中心在设计理念上有所进步，有些产品形式结构和境外产品看似相同，但在细节设计上还有待加强。
 

　　2．强调工艺复合，注重效率提升
 

　　从此次展会的展品上可以看出，有更多的产品注重工艺复合及效率的提升。例如台湾友嘉BC-700T主要特点是基于立式加工中心拓展了机床加工范畴。基于立加的工作台上融合了高速直驱转台，将机床铣削主轴替换为车铣头，并可实现沿B轴摆动。该机既可实现立加的所有钻铣功能，又可依托转台及车铣头实现盘类零件的车及铣功能。这种融合的加工方式适应范围广，较大拓展了立式加工中心的加工范围。
 

　　北京精雕的JDGR300MT属于精雕传统意义上的五轴加工中心，但通过采用精雕车铣电主轴及摇篮式双直驱AC转台，通过C轴的高速旋转配合车铣电主轴实现车削功能，这是产品模块化设计的一个拓展产品。
 

　　通过以上两类产品可以看出，随着高速直驱转台与车铣电主轴的广泛应用，针对小型盘类零件的五轴车铣跨界加工，铣削类产品与车铣类产品的界限将越来越模糊。大连科德也有类似功能的产品展出。
 

　　此外，为提高加工效率，直线电机的应用也更加普遍。国内的巨冈CBS350，X/Y轴配备了直线电机。上海的阿帕斯精机U600立式五轴加工中心，进给系统采取直线电机结构及高刚性滚柱型直线导轨。
 

　　在关注细分市场、提高服务能力的发展趋势下，以市场为导向、深入了解用户的需求、为用户提供个性化低成本产品和系统解决方案，成为企业增强市场竞争力、提高可持续发展能力的重要手段。在五轴加工中心与工艺、软件的结合方面，境外好多企业可以提供全套工艺解决方案，国内企业在这方面还需提升。
 

　　3．市场争夺加剧，国产配套空间巨大
 

　　部分境外企业着重推出在中国生产的本地化产品，更加贴近中国用户需求，本土化发展战略更加深入。哈挺、GF加工方案、巨浪等企业都通过本土化生产进一步降低成本，这需要国内机床工具企业在解决数控系统及关键功能部件“卡脖子”问题前提下，进一步提升核心功能部件内配比例，降低产品成本。
 

　　五轴加工中心的核心部件——五轴数控系统，展品大多采用的是发那科、西门子、海德汉的。笔者初步统计，此次参展的30多台国产立式五轴加工中心中，配备国产数控系统的占比不足40%。国产系统中的i5、科德、广数、华中等中高端五轴系统，在市场推广方面仍需加强。
 

　　另外，实现五轴联动机床精确、高效切削的其他主要部件中的滚动直线导轨、直线电机、力矩电机、高速精密切削刀具等，实现精准位置反馈的部件如高精度直线光栅、圆光栅等，这些部件的进口占比还较大。全球化采购虽可解决使用问题，但很多技术应用会受到限制和制约，这是我国机床工具制造业从制造大国向制造强国迈进的主要瓶颈之一。
 

　　四、结论
 

　　五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床的发展水平对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业具有举足轻重的影响。五轴联动数控机床已经成为当今制造业最重要的加工工具，随着工业化的深入，五轴联动数控机床必将应用于更加广泛的领域。
 

　　从目前情况看，很多进口的五轴加工中心，尤其是中高端产品，具有较多技术优势，但是国内通用技术集团、精雕、科德等部分产品正在迎头赶上。只要我们加大对新材料、新工艺等基础共性技术的研究，厚积薄发，努力提升产品质量，差距就会不断缩小，最终打破国外技术垄断，实现高端机床自给自足，实现“中国装备，装备中国”。